民机客舱颗粒污染物传播规律数值仿真及分析

采用数值模拟方法计算三种送风方式下突发性颗粒污染物在民机客舱内的传播规律,比较三种送风系统各自的优点及不足。结果表明：天花板送风系统能够有效地降低客舱内的温度,但乘客会有吹风感,且颗粒污染物的传播范围广;地板送风客舱内的温度分布不均匀,不易于颗粒污染物的传播,但污染物浓度高于其他两种送风方式;置换送风方式不易于颗粒污染物的传播,且污染物浓度值低,传播范围小,乘客没有吹风感,但不能有效地降低客舱内的温度。     

考虑污染物传播规律的飞机座舱送风方式研究

为充分认识飞机座舱内污染物传播机理并控制和减少座舱内污染物传播,研究了不同送风方式对座舱内污染物传播特性及空气品质的影响。以波音737-200机型为研究对象,利用CFD技术建立了5排座舱模型,模拟计算了天花板和天花板+侧壁两种送风方式下座舱内气流场及污染物浓度场,通过等比例实验舱对部分工况气流场和污染物浓度值进行验证,并以空气龄为评价指标对空气品质进行评价。结果表明：在同等送风量下,天花板+侧壁送风更有利于污染物的扩散,通风效果充分,而天花板送风更容易造成污染物单点聚积,通风效果较差,且经济性较差。     

基于PMV-PPD的地面空调最佳送风速度

针对目前飞机地面空调恒速送风所造成的客舱热舒适性和节能效果不佳的问题,运用CFD技术建立了Boeing737飞机客舱的仿真模型,并通过实验室1∶1尺寸的Boeing737实验舱进行验证,证明所建立的CFD模型合理有效。在此模型基础上,模拟了飞机客舱内的风速场、温度场,根据采样点的风速和温度,分别得到不同送风速度下的客舱内热舒适性评价指标PMV和PPD,通过高斯拟合得到地面空调送风速度与PPD平均值之间的曲线关系,求解得到了满足热舒适性要求的地面空调最佳送风速度,从而实现地面空调的节能控制。     

单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真研究

建立了单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真模型,对不同的送风角度、送风速度和送风比例等状态的客舱气流组织进行了数值仿真研究,通过对比分析不同状态的仿真结果的流场、温度场、预期不满意百分率PPD、预测平均反应PMV、吹风感所引起的不满意率DR及其垂直温差导致的不满意率PD等热舒适性参数,发现水平角度送风、上风口较低风速和下风口较大风速、上风口风量少于下风口的设计较为合理。     

飞机座舱颗粒物浓度评估方法研究

飞机客舱内的空气品质越来越受到关注，舱内颗粒物浓度超过限值会对人体健康造成伤害。因此在飞机通风系统设计时必须考虑座舱颗粒物浓度限值对系统设计的约束。可吸入颗粒物包括粗颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5。以某民用飞机为研究对象，提出飞机座舱颗粒物浓度评估方法。通过对国内外相关技术文献调研并进行指标权衡分析，得到颗粒物浓度权衡指标限值。以舒适值作为设计需求，对某民用飞机通风系统设计方案的需求符合性进行评估。结果表明，不考虑舱内源产生的颗粒物时，达到稳定的舱内颗粒物浓度与座舱容积、通风量无关，座舱内颗粒物浓度稳定值PM2.5为31.5 μg/m3，PM10为51.75 μg/m3。为满足座舱颗粒物环境舒适性设计需求，需增加过滤器。经计算，不安装再循环过滤器时，引气过滤器效率最低限值为5.5%；不安装引气过滤器时，再循环过滤器效率最低限值要求为26%。     

矩形埋入式进气口引气流量规律研究

矩形埋入式进气口是一种新型冷风道引气方式,其功能是将飞机外部冷空气引入飞机内部使用。所讨论的矩形埋入式进气口主要应用于发动机舱通风冷却系统。通过对矩形埋入式进气口在亚-跨-超声速范围内流量特性的数值仿真计算,发现在条件不变的情况下,随着导流板角度增大,进气口引气流量单调减小。结合风洞吹风试验结果和工程实际需要,认为导流扳角度在15°左右可以参考使用,研究结果可为发动机舱通风冷却系统设计提供参考。     

飞机客舱空调系统过滤效果评估仿真研究

为研究飞机中高效空气过滤器对病毒、细菌颗粒及其他有害物质的过滤效果。以飞机客舱空调系统为例，建立高效空气过滤器简化几何模型，基于计算流体动力学分析，通过ANSYS Fluent软件对高效空气过滤器中污染物浓度和内部流场仿真，评估过滤效果，实现高效空气过滤器内部流场可视化。研究得出，滤网使污染物粒子发生压降，污染物粒子接近滤网区域湍流强度较强；2 m·s^-1入射速度下的0.3μm污染物粒子经滤网后浓度降低，污染物由中心向周围扩散。研究结果可为优化过滤器的研制提供参考。     

基于AHP-灰色聚类的飞机客舱内环境工业设计评价

飞机客舱内环境工业设计评价指标的因素较多，且存在不确定性和相对性，仅采用一种评价方法较难达到直观量化的要求。结合AHP（层次分析法）和灰色聚类方法，通过对飞机客舱内环境工业设计因素进行分析，建立层次化评价指标体系，量化出各层指标的权重，采用灰色聚类方法进行聚类，得出优劣值，从而分析设计方案的优劣情况。结果表明，方法在飞机客舱工业设计方案评价中具有适用性。     

宽体客机座舱COVID-19传播特性研究

针对新冠疫情下座舱内乘客因气流组织分布而产生交叉感染问题，以宽体客机座舱为对象，研究了座舱内COVID-19病毒的传播特性，并提出了人体微环境控制方法来抑制病毒在座舱内的传播。采用拉格朗日方法模拟了座舱旅客呼出带病毒飞沫，揭示了座舱内病毒传播轨迹和分布特性，分析了不同送风方式、送风速度以及人体微环境控制技术对座舱内病毒颗粒传播特性的影响。提出了相对暴露值量化不同位置乘客被病毒飞沫污染程度。结果表明：送风速度对座舱内病毒飞沫传播的影响相对较小，顶/侧送风的组合送风方式可有效降低病毒飞沫的扩散范围；在座舱上方增加气幕带送风式的人体微环境控制方法，有效降低了舱内病毒飞沫浓度，减小了人员交叉感染风险，相邻位置乘客感染的相对暴露值降低了65%，其他位置乘客相对暴露值降低约90%。     

飞机铆接件隐藏缺陷的远场涡流检测探头优化与试验

远场涡流检测技术因检测深度深和检测结果可靠性高等诸多优点适合飞机多层金属铆接构件的快速检测。针对飞机铆接件铆钉孔沿边隐藏裂纹的原位检测，建立了多层金属铆接构件隐藏缺陷平面远场涡流检测有限元模型，对激励线圈内径、磁路结构以及屏蔽阻尼进行了仿真优化，研制了激励线圈和检测线圈均带组合屏蔽结构的传感器，采用激励-检测线圈环绕铆钉旋转扫描的方式，研究多层金属铆接构件铆钉孔沿边隐藏裂纹信号特征。仿真与试验结果表明：罐形磁芯聚磁效果是柱形磁芯的1.85倍，采用铝+铜组合屏蔽罩能够将远场区提前10 mm，检测线圈位于缺陷正上方时，检测信号的幅值和相位存在极大值，且极大值随着缺陷埋深的增加逐渐下降，研究成果可望用于指导飞机多层金属铆接构件的工程检测实践。     

飞机冲击载荷等效静载的确定方法研究

如何确定冲击载荷的等效静载对飞机结构的强度设计和验证具有重要意义。基于经典冲击载荷时域曲线后峰锯齿波、单自由度冲击动响应理论和位移等效原则，建立冲击载荷动态缩放系数求解公式；基于三角函数不等式关系，推导出动态缩放系数与冲击载荷作用时间、结构固有频率乘积的函数关系。建立求解冲击载荷等效静载方法的实施流程；以简化拦阻钩系统的冲击和缩比模型的水上迫降为例，对所提方法的有效性进行验证。结果表明：拦阻冲击载荷动态缩放系数的理论估计值与仿真计算值的相对误差小于4%，水上迫降等效静压与选用的设计压力相对误差为0.9%，所建立的动态缩放系数的理论计算公式精度较高，所提方法可供工程相关应用参考。     

水陆两栖飞机高支柱起落架的刹车振动行为

以水陆两栖飞机高支柱起落架为研究对象,对飞机刹车滑跑时起落架的航向振动问题进行了研究。首先建立了可用于振动分析的起落架多体动力学模型,分别采用模态试验、落震试验和静力试验结果对起落架的固有模态、缓冲性能以及刚度进行充分校验,仿真结果与试验结果吻合很好,得到用于振动响应分析的刚柔耦合精确模型。随后加入刹车控制系统模型,研究了起落架从降落到刹车再到停飞的全过程振动响应,对比了恒力矩刹车、速度差PBM刹车控制和滑移率PID刹车控制3种条件下的刹车效果和起落架振动特性。结果表明：恒力矩刹车在力矩幅值超过23.4 kN·m时机轮进入打滑。滑移率PID控制系统较速度差PBM控制系统刹车距离减小19.17%,刹车时间缩短25.45%。但滑移率PID刹车控制系统作用下轮轴航向初始振动较大,通过调整初始滑移率上升到最佳滑移率的斜率,使得轮轴航向位移最大幅值减小31.24%。对于轮速传感器信号突变造成的系统扰动,速度差PBM刹车控制系统造成刹车失灵,滑移率PID刹车控制系统可迅速恢复,抗扰动能力强。     

飞机AMU自动测试系统测试信号失真度检测研究

针对飞机AMU自动测试系统中对音频信号失真度测量的要求，运用PC机和数据采集卡，采用加窗FFT、把整个主瓣的宽度作为基波值来计算基波分量有效值的算法实现了在计算机中对音频信号失真度的直接测量。实验验证，该方法可对组件维护手册（CMM）中所有频率的测试信号进行精确的失真度计算，具有频率范围广、精度高、简便易行等特点。     

基于多头注意力机制的飞机发动机寿命预测研究

针对飞机发动机监测参数多和预测模型不能充分提取监测数据的有效信息等问题,基于一维卷积神经网络（1DCNN）、时序卷积神经网络（TCN）和多头注意力机制,提出一种新的网络结构以实现飞机发动机剩余寿命的准确预测。对多维特征参数分别建立一个1DCNN-TCN模型,利用两层1DCNN对飞机发动机的多元传感器信号进行特征提取,利用TCN对特征量的时序信息进行记忆,通过多头注意力机制对多个1DCNN-TCN的输出分别进行加权处理,并拼接最终结果。分析结果表明,采用本文方法得到的RMSE和Score值比目前文献中最优值分别降低了6.84%,63.41%。该方法显著提升了飞机发动机剩余寿命预测的准确性。     

分布式电推进飞机双永磁电动机系统控制策略

为了减小气流等其他因素对分布式电推进飞机中各推进电动机带来的负载扰动导致的转速突变，使得总推力突变或机身左右两侧推力不一致而导致飞机偏航，需要保证各推进电动机具有良好的抗干扰能力和转速同步性。针对此问题，提出了一种针对双永磁电机系统的改进交叉耦合控制策略，采用了改进趋近律的滑模同步控制器。同时设计了一种负载观测器，该观测器以可直接通过位置传感器测得的电机转子位置信号为已知量，避免了微分突变的引入。对所提出的双永磁电机系统控制策略进行了一系列仿真及实验验证，仿真与实验结果发现：在转矩突变时，该控制策略与传统交叉耦合控制策略相比，转速突变减小约50%，同步误差减小约18%，证明了该控制策略与传统交叉耦合控制策略相比具有更高的同步性能和更强的抗干扰能力。     

飞机高锁螺栓孔边缺陷阵列远场涡流传感器仿真与试验

飞机高锁螺栓孔边隐藏缺陷的检测是航空无损检测领域中的难点,远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对飞机高锁螺栓紧固件孔边隐藏缺陷检测具有极大优势。针对飞机高锁螺栓紧固件孔边缺陷的检测,设计研发了放置式阵列远场涡流传感器,建立了高锁螺栓孔边隐藏缺陷检测三维模型,优化了检测线圈中心与高锁螺栓中心放置距离,研究了阵列相邻通道间磁场薄弱区缺陷信号衰减趋势,采用阵列放置式的检测方式研究了不同尺寸缺陷检测信号特征。仿真与试验结果表明：检测线圈中心与高锁螺栓中心距离11 mm时检测灵敏度最佳;相邻通道间磁场薄弱区检测信号存在一定程度上的衰减,优化后的探头可检测埋深为4 mm、长×宽×深为5 mm×0.2 mm×2 mm的紧固件孔边隐藏缺陷,且随缺陷长度增大检测信号幅值呈上升趋势。     

基于HHT的航空直流串行电弧特征提取方法

由于飞机内部布线空间有限、电弧故障存在发生时间地点随机以及特征不明显等问题，导致检测困难。本文基于航空270 V高压直流（HVDC）系统开展直流串行电弧故障特征提取方法研究，采用希尔伯特黄变换（HHT）提取电弧电流交流分量的时域和频域特征量。选择HHT的固有模态函数IMF5瞬时幅值的峰峰值和标准差作为识别电弧故障的时域特征，与原始信号中提取的时域特征量对比，正常和电弧特征量的区分度更大；选择HHT的固有模态函数IMF1+IMF2、一定频带范围内的瞬时幅值计算得到的谐波功率和作为区分正常和电弧情况的频域特征量。与常用的快速傅里叶变换（FFT）方法相比，HHT三维时频谱能够反映信号的局部特征，HHT方法计算得到的正常和电弧特征量之间的区分度更大，电弧和正常特征量的比值最高可达346。基于HHT的电弧故障特征提取方法能够更好地区分正常和电弧情况，有助于提高电弧故障的检测率，降低虚警率，具有重要的工程应用价值。     

STOVL飞机发动机多变量控制方法

短距起飞/垂直降落（STOVL）飞机发动机已采用多变量控制方法。基于鲁棒稳定性和条件数分析、块相对增益矩阵分析，对STOVL飞机发动机不同工作模式下的三变量控制系统输出选择和控制结构设计进行了研究。对常规工作模式，提出了基于多目标优化的三变量分块解耦控制方法，通过定义最优指标实现动态跟踪和分块间的耦合抑制。对常规工作模式和垂直起降工作模式间的切换，提出基于升力风扇功率前馈的复合控制方法，以消除负载变化对系统性能的影响。仿真结果表明:提出的控制方法能够保证常规工作模式下良好的解耦控制效果，能够实现不同工作模式间的平稳过渡，验证了控制方法的可行性。      

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

一种基于输出误差观测的冗余MEMS-IMU标定技术研究

针对传统六位置标定存在标定步骤复杂、标定时间长等问题，同时随着MEMS器件冗余数目增加和冗余配置结构复杂化，利用分立标定技术实现器件误差参数辨识的难度进一步增大，且不同配置结构所采用的标定方法存在通用性较差的问题。因此提出了一种基于Kalman滤波的冗余MEMS-IMU分立标定方案。该方案首先采用小角度建模法实现安装误差的精确建模；然后针对直接以转台三轴角速率为观测值，导致部分状态量不可观的问题，提出了以器件的输出误差值作为观测量、以器件误差参数作为状态量设计Kalman滤波器；最后设计了高精度三轴转台转位编排方式，并利用四陀螺冗余结构进行标定仿真试验。仿真结果表明：该标定方法与六位置标定方案相比，标定精度平均提高了11.37%，可实现MEMS器件误差参数的快速辨识，对实际工程实践具有一定参考价值。